Qu’est-ce qu’un logiciel d’analyse des contraintes ?
Un logiciel d’analyse des contraintes est un logiciel qui simule les contraintes exercées sur un objet.
La contrainte est la force par unité de surface appliquée à l’intérieur d’un objet (force interne par unité de surface). Lorsqu’un objet est déformé, il est soumis à une contrainte et se déforme ou se casse, mais il est impossible de vérifier visuellement la contrainte à l’intérieur de l’objet au cours de ce processus.
Le Logiciel d’analyse des contraintes est donc utilisé pour analyser les contraintes dans un objet à l’aide d’un ordinateur et pour vérifier si l’objet peut résister aux contraintes.
Utilisations des logiciels d’analyse des contraintes
Les logiciels d’analyse des contraintes sont principalement utilisés pour évaluer et vérifier la résistance des structures. Par exemple, lors de la phase de conception d’une machine, les forces appliquées à la structure sont déterminées et sa résistance est évaluée. Si nécessaire, la structure et les matériaux de la machine sont revus et redessinés pour une meilleure résistance.
À l’époque où les logiciels d’analyse des contraintes n’étaient pas disponibles, la machine conçue était effectivement construite et l’analyse des contraintes était effectuée par voie expérimentale. Le logiciel d’analyse des contraintes a donc permis de réduire le temps et le coût des expériences.
Principe du logiciel d’analyse des contraintes
Le principe de base du logiciel d’analyse des contraintes est la méthode des éléments finis (FEM). La méthode des éléments finis est “une méthode mathématique permettant de résoudre des équations différentielles de manière approximative”.
Lors de l’analyse d’un objet sur un ordinateur, il est nécessaire de représenter (modéliser) les propriétés de l’objet à l’aide d’expressions mathématiques, car les ordinateurs ne peuvent traiter que des expressions mathématiques. La méthode permettant de modéliser la structure et les propriétés d’un objet de manière approximative s’appelle la méthode des éléments finis. Dans la méthode des éléments finis, un objet ayant une structure et des propriétés complexes est divisé en un nombre fini d’éléments.
Par exemple, dans la Tour de Tokyo, une structure complexe peut être facilement approximée en divisant la structure en barres rouges individuelles. Un élément fini peut être représenté par une formule mathématique relativement simple. Chaque microrégion de la division est représentée par une formule mathématique, qui peut ensuite être combinée pour obtenir une approximation des propriétés de l’objet entier. En d’autres termes, une structure complexe est divisée en un nombre fini de petits éléments, les contraintes et les déplacements sont déterminés pour chaque élément, puis l’ensemble est réuni.
La méthode des éléments finis (FEM) est une méthode d’analyse des déplacements et des contraintes d’un objet qui consiste à modéliser la structure et les propriétés de chaque élément fini et à les additionner, en considérant un seul objet complexe comme un tout.
Plus d’informations sur les logiciels d’analyse des contraintes
Les forces peuvent être divisées en deux grandes catégories : les forces externes et les forces internes. Les forces internes par unité de surface sont également appelées contraintes.
1. Forces et contraintes externes et internes
Forces externes
Les forces externes sont des forces agissant à l’extérieur d’un objet. Par exemple, une force externe est une force qui tire un élément, tel qu’une barre, de l’extérieur par une surface en contact avec lui. Les forces externes sont des forces appliquées de l’extérieur de l’objet ; elles sont donc générées par l’acte de tirer à la main ou de comprimer à l’aide d’une machine.
Forces internes
Les forces internes sont des forces agissant à l’intérieur d’un objet. Si un élément auquel une force externe est appliquée est hypothétiquement coupé, une force interne est générée pour équilibrer la force externe. Alors que les forces externes sont un concept visible à travers des actions telles que tirer à la main, les forces internes sont un concept important dans l’évaluation de la déformation et de la fracture des objets.
Contrainte
La contrainte est la force par unité de surface appliquée à l’intérieur d’un objet. L’unité n’est donc pas l’unité de force [N] mais [Pa], comme la pression. Un objet soumis à une force extérieure génère une force interne qui équilibre la force extérieure, de sorte que plus la force extérieure est grande, plus la force interne est importante.
Lorsque l’on considère la déformation ou la rupture d’un objet, l’attention est portée sur la force interne, mais comme les dimensions de l’élément ne peuvent être prises en compte avec la seule force interne, la contrainte, qui est la force par unité de surface divisée par la force interne dans la surface, est nécessaire. La contrainte permet de vérifier la charge exercée sur un objet, quelle que soit la taille de celui-ci.
2. Types de contraintes
Les contraintes peuvent être divisées en deux types principaux : les contraintes de traction et les contraintes de cisaillement.
La contrainte de traction est la contrainte causée par la traction d’un objet et est uniformément répartie sur le plan de coupe virtuel de l’objet. La contrainte de cisaillement est la contrainte qui agit lorsqu’un objet est cisaillé. Par exemple, lorsqu’on coupe du carton avec des ciseaux, une contrainte de cisaillement est générée dans les ciseaux et le carton, car le cisaillement coupe le carton.
Les contraintes de traction et de cisaillement peuvent être combinées pour résoudre des problèmes complexes. Par exemple, si vous tenez les deux extrémités d’une carotte avec vos mains et que vous effectuez un mouvement de flexion, des contraintes de traction et de cisaillement sont appliquées au centre, ce qui entraîne la rupture de la carotte près du centre.
Si la même chose se produit dans une structure telle qu’un pont, cela peut provoquer un accident majeur. Un logiciel d’analyse des contraintes doit donc être utilisé pour vérifier quelles sont les contraintes appliquées à l’objet afin d’éviter une telle situation.